影響四會沙糖桔生長及果實品質的地球化學特征

朱 鑫,竇 磊,黎旭榮

(廣東省地質調查院,廣東 廣州 510080)

影響四會沙糖桔生長及果實品質的地球化學特征

朱 鑫,竇 磊,黎旭榮

(廣東省地質調查院,廣東 廣州 510080)

四會地區是中國重要的沙糖桔產區,重點對威整、地豆和江谷三處沙糖桔園進行了生態地球化學調查,采集了沙糖桔園表層土壤以及沙糖桔葉、果實以及配套根系土樣品,實測了營養、有益和有害元素。通過計算沙糖桔各部位元素吸收系數、果實品質與根系土營養元素的相關性,獲知影響沙糖桔生長及果實品質的特征元素,它包括常量組分 SiO2、Fe2O3、MgO、K2O、CaO、OrgC、Na2O和微量元素 S、B、V、Co。最后通過分析特征元素在評價區分布狀況,獲知種植沙糖桔理想區域為泥盆紀地層分布區。

特征元素;內在品質;營養元素;沙糖桔;地球化學特征;廣東四會

0 引言

沙糖桔是廣東的優勢作物,植物生態學觀點認為,一種優勢作物的形成和發展與其土壤母質、地形、有機體、氣候及時間有關。也就是說,即使是在同一農業地質環境中,由于具體的地質背景的不同,作物的生長條件也不一樣。花崗巖地區與石灰巖分布區,變質巖與火山巖分布區各自宜種的作物就不一樣。由生理學可知,植物需從它們所依存的環境介質中吸取必需的營養元素 (即所謂的礦物質、或稱微量元素),環境介質中微量元素的含量狀況、賦存形式等在一定程度上決定著作物的生長、發育及其品質好壞。對于任何一種作物來說,它都有對某種或某些元素特殊的需求,即任一種作物都有富集某種或某些元素的特點,如沙糖桔對 Mg、B的富集等,把這些元素叫做某種作物的特征元素或特征元素組合。這些特征元素都是與作物內在品質有密切聯系且來自于土壤的營養元素。通過對四會沙糖桔的一些優勢產地進行調查研究,發現優質沙糖桔產于一定元素組合的地球化學背景區內。

1 四會沙糖桔產區概況

1.1 自然地理

四會市位于廣東省中部偏西,處于西、北、綏三江下游,屬珠江三角洲經濟區邊緣,它是沙糖桔的發源地,也是我國主要的沙糖桔栽種地之一。四會地形貌似豎立的一片桑葉,既有平原區,又有丘陵和山區,是北回歸線橫貫的綠洲,屬典型的南亞熱帶季風氣候區。

1.2 種植現狀

四會市現種植沙糖桔面積超過 1.45萬 hm2,年產量達 9.5萬 t以上。四會柑桔具有顯著的品牌優勢,被譽為“一枝獨秀”。四會市于 2001年被中國綠色食品發展中心評為“中國綠色食品柑桔之鄉”,同年被國家林業局授予“中國柑桔之鄉”稱號,四會市沙糖桔被評為“中國名優果品”。2003年沙糖桔獲得國家質監總局認證的“原產地標記”。

1.3 地質背景

四會沙糖桔種植區地質體可以分為 5類,即第四系、三疊系、泥盆紀地層、寒武系、奧陶紀片麻狀花崗巖和侏羅系—白堊系花崗巖類。第四系為河流沖洪積物組成的大灣鎮組,沿綏江兩岸、江谷—四會一帶及山地沖谷分布。三疊系是石英砂巖、巖屑砂巖、炭質頁巖夾雜礫巖和凸鏡狀煤層的小云霧山組,小面積分布于丘陵中。泥盆紀地層主要是由淺變質泥質砂巖、長石石英砂巖、變質砂巖、云母石英片巖、千枚巖、片巖等組成,分布于西北和西部低山丘陵。寒武紀地層主要巖性為變質細砂巖、雜砂巖、粉砂巖及頁巖,夾含礫砂巖、中粗粒砂巖、炭質頁巖、薄層硅質巖及灰巖等組成,主要分布于江林丘陵地帶。奧陶紀片麻狀花崗巖巖性為片麻狀黑云母花崗巖或片麻狀黑云母二長花崗巖,分布于四會西—西南。侏羅紀—白堊花崗巖由四會巖體中細粒斑狀黑云母花崗巖和黃田巖體中細粒黑云母花崗巖組成,分布于四會、黃田兩地。筆者選擇的威整和地豆兩個沙糖桔重點研究區,大部分以低山、丘陵為主。其中,威整成土母巖以砂頁巖為主,地豆成土母巖以花崗巖為主,土壤類型多為酸性赤紅壤,而江谷種植區以第四紀松散沉積土為主。

2 研究方法

2.1 樣品采集及測試方法

根據局部生態地球化學評價技術要求 (DD 2008—05),項目組在工作區內按 1∶5萬精度進行面上調查,以 1km2為單位大格均勻布點,采集表層土壤樣 (地表 0cm～20cm)。另外,根據不同地質背景、地球化學環境,在農作物長勢、品質和產量具代表性的地塊,采集了沙糖桔葉片、果實以及與之配套的根系土樣品。

2.2 樣品處理與測試

土壤樣品自然風干,剔除樣品中的植物根系、有機殘渣以及可見侵入體,用木棍碾碎并用瑪瑙研缽研磨,分別過 20目和 100目尼龍篩。按生態地球化學評價樣品分析技術要求 (DD 2005—03)測試方法測定土樣和沙糖桔全量指標,包括 N、P、K2O、CaO、MgO、Na2O、Al2O3、B、Mo、Cu、Zn、Fe2O3、Mn、Se、Si、S、Co、V、Cd、Hg、Pb、As、F、Cr、Ni、Sb、Tl共 27項 ;另外測試了沙糖桔樣品營養品質指標,包括可溶性固形物、總酸、可溶性糖、維生素 C、蛋白質、粗纖維等項指標。

3 沙糖桔中特征元素組合

元素進入植物體內,有些是主動吸收進來的,必然會與植物中有機物存在某種內在聯系,有些是被迫積累的,但積累過多,會對品質產生一定影響。哪些元素是主動吸收的,哪些元素是被迫積累的,這些元素會對作物的內在品質產生什么樣的影響,這正是要查明特征元素的意義所在。可從 3個方面來確定作物的特征元素：一是作物從土壤中吸收元素的強烈程度 (吸收系數);二是作物元素和營養品質的相關性;三是同類作物在不同地區的元素地球化學特征。考慮上述 3種情況,綜合確定特色作物的特征元素組合。

3.1 沙糖桔對元素的選擇吸收

植物對土壤背景中微量元素的吸收有一定的選擇性,而植物對其生長環境中元素的吸收利用程度則可通過吸收系數來表示。筆者采用果實中某元素含量和對應的根系土樣品中該元素全量之比作為該元素的吸收系數。

四會沙糖桔元素吸收系數見表 1。從中可以看出,沙糖桔的不同部位對元素的吸收能力和吸收強度表現出一致性,而果實的吸收系數因地質背景的不同表現出一定的差異。

①沙糖桔不同部位對營養元素吸收的一致性。從營養元素被沙糖桔不同部位吸收的角度看,N、P、K、Ca、S等大量元素最易被沙糖桔吸收。

②沙糖桔不同部位吸收系數的差異。由于沙糖桔各部位元素含量大小較為明顯,基本上都是葉片 ＞果皮 ＞果肉,因此各部位的吸收系數大小排序亦是如此。而葉片對 N、P、Ca、S元素的吸收能力很高 ,對 K、Mg、Na、Cu、Zn、Mn等元素的吸收較高 ;果皮對 N和 Ca的吸收能力很高 ,對 P、K、Mg、Cu、S的吸收較高 ,而對 Al、Fe、Si、V吸收的能力很低;果肉僅吸收 N很高 ,P、K、Ca、S較高 ,而 Al、Fe、Si、Co、V很低。

③不同地質背景的沙糖桔果肉吸收系數具有較大的差異。例如,侏羅紀花崗巖體中多數元素吸收系數較高 ,如 P、K、Mg、Na、B、Cu、V等 ,而這些元素在三疊系地層中除 P以外,均被較少吸收。由于地質條件的不同,賦存于不同地質背景的元素有較大差異,導致沙糖桔相同器官的吸收系數產生了一定的差異,從而影響了果實的品質和產量。從表中可以看出,種植于第四系、泥盆系地層和侏羅系花崗巖體上沙糖桔均具有較好的吸收性。

綜上所述,本文取沙糖桔吸收系數較大者并按出現次數多少元素排序 ,包括 N、Ca、S、P、K、Mg、Cu、Na共 8個元素作為首選特征元素。吸收系數表示了植物對元素的必需程度,一般中等吸收以上的元素,是植物從土壤中主動選擇吸收進來的,是其生理所必須的元素。但吸收系數較小的元素,不一定都不是植物所需,只能靠相關性篩選。

表1 沙糖桔各器官吸收系數

3.2 沙糖桔果實營養品質與根系土營養元素的相關性

由沙糖桔果實營養品質與配套根系土元素含量的相關系數 (表 2)可見,可食率、可溶性固形物、維生素 C與多種土壤常量組分及微量元素具有十分密切的關系,表現為：①可食率與常量組分 SiO2呈顯著負相關關系,說明土壤中 S iO2越豐富,則沙糖桔可食率越小;而 Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O等組分則不同于 SiO2,與可食率表現為顯著正相關關系,即這些組分越豐富 (說明細粒級、粘粒級組成越高)則越有利于果實可食率的提高;另外營養元素 B、V、Tl、Co與可食率表現為顯著正相關關系,適當提高這些營養元素的含量有利于可食率的提高。②可溶性固形物除與 CaO呈顯著正相關關系外,與 Co、Ni、S、V、MgO、K2O呈顯著負相關關系。③粗蛋白、粗纖維與營養元素關系不明顯,而可溶性糖與 CaO呈正相關,而果實品質中較為重要的糖酸比與 V呈顯著正相關。④維生素 C與 B、Fe2O3、OrgC呈顯著負相關,與 SiO2、Na2O呈顯著正相關關系。另外,水分與 S、OrgC呈顯著正相關。

綜上所述,與果實品質較為密切的元素包括常量組分 SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、CaO、OrgC、Na2O以及微量元素 B、V、Tl、Co、S等。

表2 沙糖桔果實品質與根系土營養元素相關系數

3.3 特征元素的確定

表3 沙糖桔特征元素確定表

將上述候選元素按 100分向下給出順序分 (間隔為 5分)。由于相關系數對營養成分貢獻大,其權數確定為 0.6;吸收系數代表了作物對元素的選擇吸收,權數定為 0.4,將各元素加權分之和排序,結果如表 3。

綜上所述,發現影響沙糖桔生長及果實品質的特征元素主要包括常量組分 SiO2、Fe2O3、MgO、K2O、CaO、OrgC、Na2O和微量元素 S、B、V、Co。

4 特征元素在沙糖桔種植區分布狀況

評價區主要發育第四紀、三疊紀、泥盆紀、寒武紀地層和侏羅紀花崗巖體,對不同巖石地層分布區表層土壤特征元素含量進行統計分析 (表 4),為保證數據的嚴謹性,筆者根據 GB/T 4882—2001《數據的統計處理和解釋正態性檢驗》篩選均值方法,選取中值進行統計。

表4 各巖石地層區表層土壤元素含量中值

比較各巖石地層出露區表層土壤元素含量可以得出,第四紀地層區土壤相對富 CaO、Co,貧 B、K2O;三疊紀地層區土壤相對富 Na2O、CaO,貧 MgO;泥盆紀地層區土壤相對富 B、Fe2O3、MgO、K2O,貧S、CaO;寒武紀地層區土壤相對富集 MgO,貧 B;侏羅世花崗巖區土壤相對富集 S,貧 B、Co、MgO、Na2O、K2O。與廣東土壤 (平均值)相比,本區表層土壤中貧 Co,其他元素相對富集。而與中國表層土壤元素背景值 (平均值)相比,本區表層土壤中相對富集 B,貧 Co、MgO、CaO、Na2O。

表5 不同柑桔種植區元素含量特征

沙糖桔屬于柑桔類。為了查明不同柑桔產區地球化學特征的共性及突出本研究區的地球化學特性,選擇湖北和湖南兩省的優質柑桔種植地,對比分析不同種植區元素地球化學算術均值 (表 5),獲得以下認識：①相比湖南優勢地,四會優勢地多種元素均高于湖南優勢地。并且母質母巖同為沖洪積物,但四會優勢地相對湖南優勢地要富集 Zn、Cu、Mn、B、S、P、CaO。②相比湖北優勢地 ,四會優勢地除 S元素較高外,其他都較低;而 Cu、Zn元素既作為營養元素,同時又是重金屬有害元素,過高并不利于柑桔的安全。對比土壤環境質量標準發現,四會優勢地屬于一級土壤。

綜上所述,得出泥盆紀地層最適合沙糖桔的生長這一結論。

筆者采用生態地球化學調查方法,利用不同桔園中表層土壤、根系土以及沙糖桔樣品的元素含量數據,與野外調查“威整桔園 (泥盆紀地層)為四會市農業局確立的優質沙糖桔產地”相符,且與四川省農業地質調查中結果“桔類選擇在長石砂巖和花崗巖類風化土優勢生長”一致。

5 結 語

通過計算沙糖桔對其生長環境中元素的吸收利用程度 ,獲知營養元素 N、P、K、Ca、S等最易被沙糖桔各部位吸收,并且沙糖桔各部位元素吸收能力較為明顯,基本上都是葉片 ＞果皮 ＞果肉。通過不同地質背景的沙糖桔果肉吸收系數獲知,種植于第四紀、泥盆紀地層和侏羅紀花崗巖體上沙糖桔均具有較好的吸收性;選擇吸收系數較大的元素組成了首選特征元素 ,包括 N、Ca、S、P、K、Mg、Cu、Na。

通過討論沙糖桔果實營養元素與配套根系土中營養元素的相關關系,獲知可食率與常量組分 S iO2呈顯著負相關關系 ,與 Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、B、V、Tl、Co等元素表現為顯著正相關關系;可溶性固形物與 CaO呈顯著正相關 ,與 Co、Ni、S、V、MgO、K2O呈顯著負相關;可溶性糖與 CaO呈正相關,而果實品質中較為重要的糖酸比與 V呈顯著正相關;維生素 C與 B、Fe2O3、OrgC呈顯著負相關,與 SiO2、Na2O呈顯著正相關關系。綜合上述討論,最終獲得與果實品質較為密切的元素包括常量組分 SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、CaO、OrgC、Na2O以及微量元素 B、V、Tl、Co、S等。

通過研究,獲得影響沙糖桔生長及果實品質的特征元素包括常量組分 SiO2、Fe2O3、MgO、K2O、CaO、OrgC、Na2O和微量元素 S、B、V、Co。

對比全國不同柑桔優勢產地,發現四會沙糖桔產地重金屬 Cu、Zn含量較低,且在相同母質母巖條件下,四會優勢產地要相對湖南優勢產地富集 Zn、Cu、Mn、B、S、P、CaO。

對比不同地質背景種植區特征元素含量狀況,獲知泥盆紀地層區 (土壤類型為砂頁巖赤紅壤)、種植區表層土壤特征元素較為富集,最適合沙糖桔的生長。

[1]陳德興,胡國俊,柯愛蓉.湖北省優質柑桔林地質 -地球化學背景 [J].地球科學：中國地質大學學報,1994,19(3)：364-374.

[2]曾群望,楊雙蘭.云煙生產的土壤地質背景[M].昆明：云南科學出版社,1993.

[3]李新虎.土壤地球化學環境對寧夏枸杞品質的制約影響研究[D].北京：中國地質大學,2007.

[4]張利田,卜慶杰.環境科學領域學術論文中常用數理統計方法的正確使用問題[J].環境科學學報,2007,27(1)：171-173.

[5]張建新.柑桔品質與地球化學背景關系的初步研究[J].湖南地質,1996,15(1)：49-52.

[6]GB/T 4882—2001,數據的統計處理和解釋正態性檢驗[S].

Geochemical characters affecting growth and quality of sugar orange produced in Sihui

ZHU X in,DOU Lei,L I Xu-rong

(Guangdong Geological Survey,Guangzhou 510080,China)

The authors carried out an eco-geochemistry investigation in three sugar orange plantation fields ofWeizheng,Didou and Jianggu in Guangdong Province,collected the surface soils,some leaves,fruits of sugar orange of the garden and measured for beneficial,harmful and nutritional elements.According to the calculated absorption coefficients,and correlations between nutritional quality of sugar orange and elements of soil-in-root,the authors found the characteristic elements affecting growth and fruit quality of sugar orange,which included eleven elements such as SiO2,Fe2O3,MgO,K2O,CaO,OrgC,Na2O and trace elements S,B,V and Co.Finally,the authors analyzed the distribution of characteristic elements in the evaluated area,and realized thatDevonian layerswere relatively suitable to plant sugar orange.

Characteristic elements;Inner quality;Nutritional elements;SugarOrange;Geochemistry characters;Sihui,Guangdong

X825

A

1674-3636(2010)02-0162-06

2009-12-16;

2010-03-26;編輯：陸李萍

廣東省珠江三角洲經濟區農業地質與生態地球化學調查項目(1212010511216);珠江三角洲經濟區主要特色與優質農產品基地地球化學評價(1212010511216-3-1)

朱鑫(1983—),男,助理工程師,主要從事農業地質調查與研究工作.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.162